JPH02206390A - リラクタンスモータのトルク制御方法 - Google Patents

リラクタンスモータのトルク制御方法

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JPH02206390A
JPH02206390A JP1023203A JP2320389A JPH02206390A JP H02206390 A JPH02206390 A JP H02206390A JP 1023203 A JP1023203 A JP 1023203A JP 2320389 A JP2320389 A JP 2320389A JP H02206390 A JPH02206390 A JP H02206390A
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phase
supply current
torque
pattern
current pattern
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JP1023203A
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Kazunobu Oyama
大山 和伸
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Daikin Industries Ltd
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Daikin Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この発明はリラクタンスモータのトルク制御方法に関し
、さらに詳細にいえば、高調波、磁気飽和の影響を考慮
して全領域において効率よくトルクを発生させる新規な
トルク脈動低減方法に関する。
〈従来の技術、および発明が解決しようとする課題〉 従来から産業用ロボットの各軸を駆動するための機構と
して一般的に、高速回転するモータと減速比が大きい減
速機構とを採用することにより、軸駆動トルクを大きく
するようにしている。
しかし、このような機構を採用した場合には、減速機構
が一般的に複数個のギヤで構成されている関係上、出力
軸の回転速度を余り高くすることができず、高速動作が
必要とされる産業用ロボットには適用することが困難で
ある。また、ギヤを組込むことにより必然的に発生する
バックラッシュの影響を受けて位置決め精度を金り高め
ることができないという問題もある。
主として後者の問題を解消させるために各軸にモータの
回転力を直接伝達するダイレクトドライブ方式を採用す
ることが検討されており、ダイレクトドライブ方式を採
用した場合に十分に大きい駆動力を得ることができるモ
ータとしてリラクタンスモータカ(注目されている。こ
のリラクタンスモータはモータに供給されるエネルギと
モータの内部に蓄えられるエネルギとの差に基づいてト
ルクが発生する。具体的には、3柑リラクタンスモータ
の発生トルクτは、自己インダクタンスに比べて相互イ
ンダクタンスが著しく小さいことが知られているのであ
るから、 r=r (θm、 i a、 i b、 i c)嬌(
1/2)  (dLa /dθm)ia2+ (1/2
)(dLb /dθm)ib”+(1/2) (dLc
 /de11) ic ”((QL、iは電流値、Lは
自己インダクタンス、添字a、b、cは相、θmは回転
子位置をそれぞれ示している) となる。しかし、リラクタンスモータ自体の機械的構成
から、発生トルクに脈動が発生するので、産業用ロボッ
トに組込む場合には、上記発生トルクの脈動を大巾に低
減させることが必要であり、このような要求を実現する
ために各相の供給電流を制御するようにしている(特開
昭fi3−35194号公報および「メガトルクモータ
の理論解析とそのトルク制御法」田中他、電気学会り[
突合 5PC−87−14、PP、1〜10.1987
参照)。
しかし、上記何れのトルク1、+1 gfJ方法におい
ても磁気飽和の対策については全く開示されていない。
したがって、高速回転が要求され、発生トルクを大きく
する必要がある場合には、単純に供給電流を増加させる
しかないのであるが、供給電流を増加させれば磁気飽和
の影響が大きくなるので、供給電流を増加させた割には
発生トルクを大きくすることができす、逆に損失は0(
給電流の二乗に比例して増加するのであるから、トルク
発生効率が著しく低下してしまう。
また、発生トルクの実測値を予め得ておき、回転子位置
の変化に対する供給電流波形を決定すれば、高調波およ
び磁気飽和の影響が実測値において考慮されたことにな
るので、広範囲にわたり損失を著しく低減させた状態で
発生トルクの制御を行なうことができると思われる。
しかし、発生トルクの実測値を得るためには、発生トル
クが回転子の位置の関数であるとともに、各相毎の供給
電流の大きさの関数であるから、膨大な実測値を得なけ
ればならなくなり、しかも膨大な実測値を格納しておく
ためのメモリ容量も膨大になってしまうのであるから、
側底実用化することは不可能である。
〈発明の目的〉 この発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、
効率よくトルクを発生させることができるとともに、必
要な実nI値の数を大巾に減少させることができるリラ
クタンスモータのトルク制御方法を提0!:することを
目的としている。
く課題を解決するための手段〉 上記の目的を達成するための、この発明のリラクタンス
モータのトルク制御力法は、n相のリラクタンスモータ
の各相に電気角2π/nずつ位相が異なる電流を供給す
る制御方法において、何れかの相に対する励磁区間を相
の数に基づいた個数の区間に区分し、何れかの区間が該
当する相のみが励磁される単独区間であれば予め設定さ
れた損失に基づいて発生トルクを最大にする供給電流パ
ターンを算出し、該当する相および他の相が同時に励磁
される複合区間であれば測定データにより得られた発生
トルク特性および予め設定された損失に基づいて発生ト
ルクを最大にする供給電流パターンを算出し、上記供給
電流パターンを連続させたパターンに基づいて各相の供
給電流を算出する方法である。
他の発明のリラクタンスモータのトルク制御方法は、n
相のリラクタンスモータの各相に電気角2π/nずつ位
相が異なる電流を供給する制御方法において、何れかの
相に対する励磁区間をm個(mはn以下の自然数)の区
間に区分し、何れかの区間が該当する相のみが励磁され
る単独区間であればrめ設定された損失に基づいて発生
トルクを最大にする供給電流パターンを算出し、該当す
る相および他の相が同時に励磁される複合区間であれば
測定データにより得られた発生トルク特性左よび予め設
定された損失に基づいて発生トルクを最大にする供給電
流パターンを算出し、上記供給電流パターンを連続させ
たパターンに基づいて各相の供給電流を算出する方法で
ある。
また、さらに他の発明のトルク制御方法は、3相のリラ
クタンスモータの各相に電気角2π/3ずつ位相が異な
る電流を供給する制御方法において、何れかの相に対す
る励磁区間を3個の区間に区分し、該当する相のみが励
磁される単独区間についてはrめ設定された損失に基づ
いて発生トルクを最大にする供給電流パターンを算出【
2、該当する相および他の相が同時に励磁される複合区
間の一方については?fp1定デー少データ得られた発
生トルク特性および予め設定された損失に基づいて発生
トルクを最大にする該当用および他の相の供給電流パタ
ーンを算出し、上記複合区間の他方については上記他の
相の供給電流パターンを適用し、上記供給電流パターン
を連続させたパターンに基づいて各相の供給電流を算出
する方法である。
これらの場合において、供給電流パターンとしては、離
散的に測定されたデータに基づいて補間演算を行なうこ
とにより得られるものであることが好ましい。
く作用〉 以上の第1および第2の発明のトルク制御方法であれば
、リラクタンスモータの相数がnであっても、1相分に
ついてのみ測定データを得ておけばよく、高調波、磁気
飽和の影響を考慮した発生トルク特性および予め設定さ
れた損失に基づいて効率よくトルクを発生させ得る供給
電流パターンを1相分だけ算出することができる。そし
て、他の相については上記供給電流パターンを、相数n
に基づいて定まる所定の電気角、即ち、電気角2π/n
の整数倍だけ位相を異ならせて適用するだけでよく、各
相の供給電流を算出することができるので、全範囲にわ
たって損失の増加を伴なうことなく発生させ得る最大の
トルクを発生させることができ、トルク低下が著しく抑
制させられた状態でリラクタンスモータの高速回転を行
なわせることができる。
これらの場合において、供給電流パターンの算出に当っ
て、励磁区間を相の数よりも多い個数の区間に区分して
おいて、各区間毎に供給電流を算出するようにしてもよ
いが、相の数量下の個数の区間に区分すれば、区間毎の
供給電流算出を減少させることができる。そして、後者
の場合においては、例えば相の数が3であれば、励磁区
間を3つの区間に区分すればよく、相の数が4であれば
、励磁区間を2つの区間に区分すればよいことになる。
さらに他の発明のトルク脈動低減方法であれば、Jラフ
タンスモータの相数が3であるから、1相分について励
磁区間が3個の区間に区分される。
そして、区分された3間の区間のうち中央の区間は該当
する相のみが励磁されるのであるから、予め設定された
損失に基づいて発生トルクを最大にする供給電流パター
ンを得ることができる。そして、残余の区間は該当する
相および他の相が同時に励磁されるのであるから、残余
の区間の一方について、損失が予め設定された値になり
、かつ効率よくトルクを発生させることができる両相の
供給電流パターンを、Al11定データにより得られた
発生トルク特性に基づいて算出することができる。
さらに算出された他の相の供給電流パターンを該当する
相の他方の区間に適用する。この結果、上記3個の供給
電流パターンを連続させれば全励磁区間に対する1 +
flllの供給電流パターンが得られるので、他の相に
ついては得られた供給電流パターンを電気角2π/3ず
つ位相を異ならせた状態で適用するだけでよく、各相の
供給電流を算出することができるので、全範囲にわたっ
て効率よくトルクを発生させる状態でリラクタンスモー
タの高速回転を行なわせることができる。
以上向れの発明においても、供給電流パターンが離散的
に測定されたデータに基づいて補間演算を行なうことに
より得られるものであれば、補間演算により得られるデ
ータの精度が余り低下しない範囲内でΔIJ定データの
数を減少させることができる。
即ち、3相のリラクタンスモータの発生l・ルクτ(θ
m、ia、i b、ic) (但し、iは電流値、添字
a、b、cは相、0mは回転子位置をそれぞれ示してい
る)は、 τ (θm、 i a、 i b、 i c) −r 
a(0m、 i a、 i b、 i c)十rb(θ
m、i ari b、i c)+ rc(0m、 i 
a、 i b+ i c)となるのであるが、リラクタ
ンスモータは相互インダクタンスが著しく小さいのであ
るがら、rH(θIt i a、 i b、 i e)
: r a(θm、ia、0.0)Tl)(θta、 
i a、 i b、 i c)輪r b(θn+、0.
ib、0)rc(θtilt i a、 i b、 i
 c)輪re(θm、0,0.ie)と近似することが
でき、この結果、発生トルクもτ(θa+、i a、i
 b、i c) −ra(θn、ia、0.0)+rb
(θg+、0.  i b、0) + rc(θIl+
01  o、  ie)と近似することができる。した
がって、必要な実aIII値は1相励磁時のみでよく、
3次元データを1次元データにすることができる。
そして、極対数をpS電気角をθCとすれば、各極間の
特性が等しいのであるから、 τ(θc、 i a、 i b、 i c)−τ(θc
 +2nπ/p、ia、ib、1c)(但し、nは任意
の整数) であり、必要な実測値は電気角が0〜2πの範囲内のみ
でよく、全回転範囲のデータ数の1/pに減少させるこ
とができる。
また、各相間の特性が等しいのであるがら、ra(θe
、 i a、 i b、 i c)=rb(θe−2π
/3.ia、ib、1c)=rc(θe +2yr/3
.ia、fb、ie)であり、必要な実測値は1相分の
みでよく、1/3に減少させることができる。
さらに、第5図に示すように、各相の特性が対称である
場合には、 τ(θc、 i a、 ib、 i c)−一τ(−θ
O+ i a、 i b、 i c)であり、必要な実
Mj値は対称な片側の区間のみでよ<、1/2に減少さ
せることができる。
したがって、これらを考慮することにより必要な実測値
の数を著しく減少させることができ、しかも測定値を離
散的に得ておき、測定値同士の11間の値については補
間演算により得るようにすれば、必要な実71′III
値の数をさらに減少させることができる。
そして、損失が予め設定されているのであるかり 、 iH2+ib 2+ic 2=Ip 2(fii L、
Ipは予め設定された損失に基づいて定まる定数) を充足し、かつ各相単独励磁により得られる発生トルク
τa、τb、τCの和が最大になるように、何れか1相
の発生トルクパターンに基づいて各相の供給電流を求め
、リラクタンスモータの各相に適用することにより、ト
ルク発生効率が高い状態でリラクタンスモータを高速回
転させることができる。
尚、以上には3相のリラクタンスモータについてのみ詳
細に説明しているが、任意の相数のリラクタンスモータ
についても同様である。
〈実施例〉 以下、実施例を示す添付図面によって詳細に説明する。
第4図はこの発明のトルク制御方法を実施するリラクタ
ンスモータ制御装置の電気的構成を示すブロック図であ
り、図示しない上位コントローラ等から供給されるトル
ク指令値τ*を入力として損失を規定する電流指令値I
*に変換する変換部(1)と、変換部(1)から出力さ
れる電流指令値■*を入力とし、かつ何れかの相にのみ
電流を供給した場合における発生トルクパターンが格納
されているパターンテーブル(3)からトルクパターン
を読込んで所定の演算を行なうことにより各相に対する
供給電流値を算出する演算部(2)と、各相に対する1
」(給電流値を人力として各相に対する供給電力に変換
する電力変換部(4)と、電力変換部(4)により変換
された電力が供給されることにより、指令されたトルク
を発生させるべく回転する3相リラクタンスモータ(5
)とを有している。そして、3相リラクタンスモータ(
5)に組込まれた回転子位置センサ(5a)から出力さ
れる回転子位置検出信号を上記演算部(2)に供給して
おり、演算部(2)が読出しアドレスを生成してパター
ンテーブル(3)に供給している。
尚、上記パターンテーブル(3)には、何れかの相のみ
に電流を供給した状態における、発生トルクの変化を示
す発生トルクパターンが実測値に基づく演算結果として
格納されており、しかも、供給電流値を変化させた場合
に対応する複数の発生トルクパターンが格納されている
(第5図参照)。
第1図はこの発明のトルク制御方法の一実施例を示すフ
ローチャートであり、予め3相リラクタンスモータのa
相のみを直流励磁してリラクタンスモータを動作させ、
電気角が0〜2πの範囲における発生トルクパターンを
測定し、パターンテーブル(3)に格納しである。
ステップ■においてトルク指令値τ*および回転子電気
角θCが人力された後、ステップ■においてトルク指令
値τ*の極性を判別する。
トルク指令値τ*が員であると判別された場合には、ス
テップ■において電気角θCに応じて区間を判別する(
第2図B参照)。そして、電気角θeが0〜π/3、π
/3〜2π/3.2π/3〜π、π−4π/3.4π/
3〜5π/3.5π/3〜2πの区間(第2図B中区間
I〜■参照)の何れに属しているかに対応して、それぞ
れステップ■〜[株]において電気角θeに対応する供
給電流を求める。
例えば、電気角θeがπ/3〜2π/3の区間(第2図
B中区間II fJ照)であれば、ステップ■において 1a−1* となるように電気角θCに対応する供給電流iaを求め
る(第3図A参照)。このとき供給電流i b、 i 
cは共にOとする。
また、電気角θCが0〜π/3の区間(第2図B中区間
I参照)であれば、ステップ■において・   2  
 ・   2 1a +1゜ −■*2 となり、かつ両相励磁時の発生トルク ra  (θe、ia、o、0) +ra (θe +2yr/3.0.O,ie)が最大
になるように各電気角θe、θe+2π/3に対する供
給電流i a、 i eを求める。このとき供給電流i
bは0とする。具体的には、パターンテーブル(3)に
格納されている複数の実測値に基づいて、第3図B、C
に示すように、供給電流ia。
icを求めるのであるが、上記実AI値は離散的に得ら
れているだけであるから、例えば、実tPj値に基づい
て補間演算を行なうことによりきめ細かい発生トルクパ
ターンを得、得られた発生トルクパターンに基づく演算
を行なうことが好ましい。
また、電気角θeが上記以外の区間であっても、同様に
供給電流1a−icを求めることができる。
また、ステップ■においてトルク指令値τ*が0以上で
あると判別された場合にも、ステップ■において電気角
θeに応じて区間を判別する(第2図A参照)。そして
、判別された区間にえI応してそれぞれステップ■〜■
において同様に供給電流i a = i eを求めるこ
とができる。
したがって、ステップ■において、以上のようにして得
られた供給電流i a、 i b、 i cに基づいて
給電を行なうことにより、3相リラクタンスモーク(5
)を動作させることができる。
以上の説明から明らかなように、3相リラクタンスモー
タ(5)に対する供給電流のパターンは、高調波および
磁気飽和の影響を考慮した上で、効率よくトルクが発生
できるように算出されているのであるから、産業用ロボ
ットのダイレクトドライブのための駆動源として使用す
ることにより高速駆動を達成することができる。
また、パターンテーブル(3)には離散的な実n1値を
格納しておくだけでよいから、必要な実測値の数を著し
く減少させることができる。
さらに、実際に発生させられるトルクがトルク指令値1
本に対して線形になるので、上位コントローラにおける
負荷が低減されることになる。
3相リラクタンスモータ(5)の回転方向を逆に設定す
る場合には、電気角の増加方向を反転させた状態で上記
と同様の一連の処理を行なえばよい。
以上には、パターンテーブル(2)に発生トルクパター
ンの実測値を格納し、オンラインで供給電流を計算する
場合について説明したが、これ以外に、オフラインで供
給電流を計算しておき、パターンテーブル(2)に供給
電流パターンを格納しておくこともできる。この場合に
は、演算部における計算時間が上記実施例の場合と比較
して大111に短縮できる。第6図Aはトルク指令値τ
*が負の場合の供給電流パターン、同図Bはトルク指令
値τ*が0以上の場合の供給電流パターンであり、上記
実施例の説明と同様にして供給電流を計算することがで
きる。但し、第3図から明らかなように、例えば、区間
■、Hについてのみ電流波形を;1算し、区間■の供給
電流iaについては区間Iの供給電流ieを平行移動す
ることにより、区間I、  II。
■についての供給電流iaの波形を得ることができる。
第7図は第6図の供給電流パターンに基づく波形出力動
作を説明するフローチャートであり、ステップ■におい
てトルク指令値τ*を読込んでそのトルクを発生させる
ための電流値I*を出力し、ステップ■において電流値
I*および回転子位置センサ(5a)の出力θを読込み
、ステップ■において、In < I *< In+1
 、  θノくθくθJ+Lをi萬たす電流テーブルの
値を4点読込み、ステップ■において4点の読込み値に
基づいて1相の供給電流を求める。そして、ステップ■
において全ての相の供給電流が求められたか否かを判別
し、求められていない供給電流があると判別された場合
には、ステップ■においてθを120°だけずらし、再
びステップ■の処理を行なう。逆にステップ■において
全ての相の供給電流が求められたと判別された場合には
、ステップ■において、以上のようにして得られた供給
電流i a、 i b、 i cを出力することにより
、3相リラクタンスモーク(5)を動作させることがで
きる。
尚、この発明は上記の実施例に限定されるものではなく
、例えば、任意の相数のリラクタンスモーフのトルク制
御に適用することが可能であるはか、この発明の要旨を
変更しない範囲内において種々の設計変更を施すことが
可能である。
〈発明の効果〉 以上のように第1の発明は、n相すラクタンスモータの
1相分について測定データを得ておくだけで、高調波、
磁気飽和の影響を考慮した発生トルク特性およびPめ設
定された損失に基づいて発生トルクを最大にする供給電
流パターンを1相について算出することができ、この供
給電流パターンに基づいて各相の供給電流を算出するこ
とができるので、広範囲にわたって損失を増加させるこ
となく効率よくトルクを発生させることができるという
特有の効果を奏する。
第2の発明も、n相すラクタンスモークの1相分につい
て測定データを得ておくだけで、高調波、磁気飽和の影
響を考慮した発生トルク特性および予め設定された損失
に基づいて発生トルクを最大にする供給電流パターンを
1相について算出することができ、この供給電流パター
ンに基づいて各相の供給電流を算出することができるの
で、広範囲にわたって損失を増加させることなく効率よ
くトルクを発生させることができるという特有の効果を
奏する。
第3の発明は、3相リラクタンスモータの1相分につい
て、電気角0〜π、またはπ〜2πの範囲を3つに区画
し、区画された1つの区間については他の相の供給電流
を考慮することなく予め設定された損失に基づいて発生
トルクを最大にする供給電流パターンを算出し、残余の
区間の一方については高調波、磁気飽和の影響を考慮し
た発生トルク特性および予め設定された損失に基づいて
発生トルクを最大にする供給電流パターンを算出し、他
方の区間については他の相の供給電流パターンを適用す
るので、演算部を電気角2π/3の範囲のみに減少させ
ることができ、しがち広範囲にわたって損失を増加させ
ることなく効率よくトルクを発生させることができると
いう特有の効果を奏する。
第4の発明は、供給電流トルク特性が離散的にn1定さ
れたデータに基づいて補間演算を行なうことにより得ら
れるのであるがら、補間演算により得られるデータの精
度が余り低下しない範囲内で測定データの数を減少させ
ることができるという特許゛の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明のトルク制御方法の一実施例を示すフ
ローチャート、 第2図は電気角が0〜2πの範囲における各相の電流供
給状態を示す概略図 第3図は順次算出される供給電流パターンを説明する概
略図、 第4図はこの発明のトルク脈動低減方法を実施するリラ
クタンスモータ制御装置の電気的構成を示すブロック図
、 第5図は発生トルクパターンを示す図、第6図はパター
ンテーブルに格納された供給電流パターンを示す図、 第7図はこの発明のトルク制御方法の他の実施例を示す
フローチャート。 (1]・・・変換部、(2)・・・演算部、(3)・・
・パターンテーブル、

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.n相のリラクタンスモータの各相に電 気角2π/nずつ位相が異なる電流を供 給する制御方法において、何れかの相に 対する励磁区間を相の数に基づいた個数 の区間に区分し、何れかの区間が該当す る相のみが励磁される単独区間であれば 予め設定された損失に基づいて発生トル クを最大にする供給電流パターンを算出 し、該当する相および他の相が同時に励 磁される複合区間であれば測定データに より得られた発生トルク特性および予め 設定された損失に基づいて発生トルクを 最大にする供給電流パターンを算出し、 上記供給電流パターンを連続させたパタ ーンに基づいて各相の供給電流を算出す ることを特徴とするリラクタンスモータ のトルク制御方法。
  2. 2.n相のリラクタンスモータの各相に電 気角2π/nずつ位相が異なる電流を供 給する制御方法において、何れかの相に 対する励磁区間をm個(mはn以下の自 然数)の区間に区分し、何れかの区間が 該当する相のみが励磁される単独区間で あれば予め設定された損失に基づいて発 生トルクを最大にする供給電流パターン を算出し、該当する相および他の相が同 時に励磁される複合区間であれば測定デ ータにより得られた発生トルク特性およ び予め設定された損失に基づいて発生ト ルクを最大にする供給電流パターンを算 出し、上記供給電流パターンを連続させ たパターンに基づいて各相の供給電流を 算出することを特徴とするリラクタンス モータのトルク制御方法。
  3. 3.3相のリラクタンスモータ(5)の各相に電気角2
    π/3ずつ位相が異なる電流を 供給する制御方法において、何れかの相 に対する励磁区間を3個の区間( I )(II)(III)に
    区分し、該当する相のみが励磁される単 独区間(II)については予め設定された損失に基づいて
    発生トルクを最大にする供給 電流パターンを算出し、該当する相およ び他の相が同時に励磁される複合区間( I )(III)の
    一方については測定データにより得られた発生トルク特
    性および予め設定さ れた損失に基づいて発生トルクを最大に する該当相および他の相の供給電流パタ ーンを算出し、上記複合区間( I )(III)の他方につ
    いては上記他の相の供給電流パター ンを適用し、上記供給電流パターンを連 続させたパターンに基づいて各相の供給 電流を算出することを特徴とするリラク タンスモータのトルク制御方法。
  4. 4.供給電流パターンが離散的に測定され たデータに基づいて補間演算を行なうこ とにより得られる上記特許請求の範囲第 1項から第3項の何れかに記載のリラク タンスモータのトルク制御方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017085737A (ja) * 2015-10-27 2017-05-18 三菱電機株式会社 スイッチトリラクタンスモータ制御装置

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